CN101830508B - 一种光催化材料Bi12TiO20的制备方法 - Google Patents

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一种光催化材料Bi12TiO20的制备方法，属于陶瓷材料科学领域，特别涉及采用低温燃烧合成法(LCS)制备光催化材料Bi12TiO20。主要原料及其配比(摩尔比)为：Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶C6H8O7·H2O：＝12∶1∶1，添加一定量的CH4ON2和NH4NO3可以有效地加快凝胶干燥速率，形成疏松多孔干胶，改善干胶的燃烧性能从而提高产率和产物纯度。选用冰醋酸作为溶剂，并用氨水调节PH值。制备方法为：(1)配制溶液(2)制备凝胶(3)凝胶干燥(4)干胶点燃。与湿化学法比较，低温燃烧合成法(LCS)借助外界能量进行具有自蔓延性质的燃烧，具有较低的点火分解温度，避免高温煅烧，节约能源保证产物纯度的同时简化了制备工艺。

Description

一种光催化材料Bi12TiO20的制备方法
技术领域：
本发明属于陶瓷材料科学领域，特别涉及采用低温燃烧合成法(LCS)制备一种光催化材料Bi12TiO20。
背景技术：
低温燃烧合成法(LCS)是将金属离子的硝酸盐或其它可溶性盐在络合剂的作用下形成凝胶，凝胶干燥后成为疏松多孔的干胶，干胶一经点燃便能在很短时间内借助外界初始能量进行具有自蔓延性质的燃烧，大量有机组成在短时间内迅速发生氧化-还原反应，并以气体形式放出。这些热量一方面促进反应物之间的质量传输和扩散，有利于反应的进行，同时促进反应过程中生成的碳化物的分解；另一方面迅速传递给与反应物临近的未反应物，使其温度升高从而使得反应得以自维持，因此留下的固态产物必然具有大量孔洞。低温燃烧合成法(LCS)原始产物特有的多孔微结构的形貌特征，可形成比表面积高的超细氧化物粉。采用低温燃烧合成法(LCS)制备Bi12TiO20可避免湿化学法中的高温煅烧过程，节约能源并使得制备过程得以简化，同时制备出的Bi12TiO20粒度分布均匀，颗粒尺寸较小。
发明内容：
本发明目的在于提供一种新的方法制备光催化材料Bi12TiO20，从而简化Bi12TiO20的制备工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
低温燃烧合成法(LCS)制备一种光催化材料Bi12TiO20的主要原料为：Bi(NO3)3·5H2O、(C4H9O)4Ti、C6H8O7·H2O，添加一定量的CH4ON2和NH4NO3可以有效地加快凝胶干燥速率，形成疏松多孔干胶，改善干胶的燃烧性能从而提高产率和产物纯度。原料的摩尔比例为：
Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti ∶CH4ON2∶C6H8O7·H2O∶NH4NO3＝12∶1∶6∶1∶2，
将(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1；按摩尔比例取C6H8O7·H2O，加入到溶液L1中，搅拌得白色乳浊液，向白色乳浊液中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值为6，得澄清溶液L2；按摩尔比例取Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，搅拌得澄清溶液L3；将溶液L3缓慢滴加到溶液L2中，再向溶液L2中缓慢滴加氨水，将pH值稳定在4-7之间，搅拌得澄清溶液L4。利用电磁加热搅拌器将水浴温度控制在80-95℃之间，将所得澄清溶液L4置于水浴中搅拌60-90分钟后得透明凝胶凝胶在80-95℃的烘箱中干燥2-5天，得多孔干胶，选用适当助燃剂，通常选用燃烧后无固体残留物且不与干胶发生化学反应的助燃剂如乙醇，将干胶点燃，燃烧产物即为Bi12TiO20粉体。
所述的光催化材料制备方法，在得到溶液L2后，再向溶液L2中缓慢滴加氨水，将溶液L2的pH值稳定在4-7之间，向溶液L2中按摩尔比例加入CH4ON2。
所述的光催化材料制备方法，在得到溶液L2后，再向溶液L2中缓慢滴加氨水，将溶液L2的pH值稳定在4-7之间，向溶液L2中按摩尔比例加入CH4ON2和NH4NO3。
与湿化学法比较，低温燃烧合成法(LCS)借助外界能量进行具有自蔓延性质的燃烧，具有较低的点火分解温度，避免高温煅烧，节约能源保证产物纯度的同时简化了制备工艺。
附图说明
图一是低温燃烧合成法(LCS)制备Bi12TiO20粉体的工艺流程图
图二是低温燃烧合成法(LCS)制备Bi12TiO20粉体过程中干凝胶的TG/DTA图，图中，横坐标为温度(℃)，左边纵坐标为DTA(uv)，右边纵坐标为失重(％)。
图三是低温燃烧合成法(LCS)制备的Bi12TiO20粉体的XRD图谱与标准普的对比图，图中，横坐标为2θ，纵坐标为强度。
具体实施方式
实例1：
低温燃烧合成法(LCS)制备一种光催化材料Bi12TiO20的原料及其配比为：Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶1
其制备方法：
(1)配制溶液：将一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1。按比例取一定量C6H8O7·H2O，加入L1中，搅拌得白色乳浊液，往其中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值为6，得澄清溶液L2。按比例取一定量Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，搅拌得澄清溶液L3。将L3缓慢滴加到L2中，再向L2中缓慢滴加氨水调节pH值为4，搅拌得澄清溶液L4。
(2)制备凝胶：将(1)中所得澄清溶液L4至于80℃水浴中，电磁加热搅拌90分钟，得透明凝胶。
(3)凝胶干燥：将(2)中所得凝胶在80℃下干燥5天，得多孔干胶。
(4)干胶点燃：采用乙醇为助燃剂，将(3)中所得多孔干胶点燃，得黄绿色粉体，即为Bi12TiO20粉体。
实例2：
低温燃烧合成法(LCS)制备一种光催化材料Bi12TiO20的原料及其配比为：Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶1
其制备方法：
(1)配制溶液：将一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1。按比例取一定量C6H8O7·H2O，加入L1中，搅拌得白色乳浊液，往其中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值为6，得澄清溶液L2。按比例取一定量Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，搅拌得澄清溶液L3。将L3缓慢滴加到L2中，再向L2中缓慢滴加氨水调节pH值为5，搅拌得澄清溶液L4。
(2)制备凝胶：将(1)中所得澄清溶液L4至于80℃水浴中，电磁加热搅拌90分钟，得透明凝胶。
(3)凝胶干燥：将(2)中所得凝胶在80℃下干燥5天，得多孔干胶。
(4)干胶点燃：采用乙醇为助燃剂，将(3)中所得多孔干胶点燃，得黄绿色粉体，即为Bi12TiO20粉体。
实例3：
低温燃烧合成法(LCS)制备一种光催化材料Bi12TiO20的原料及其配比为：Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶1
其制备方法：
(1)配制溶液：将一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1。按比例取一定量C6H8O7·H2O，加入L1中，搅拌得白色乳浊液，往其中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值为6，得澄清溶液L2。按比例取一定量Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，搅拌得澄清溶液L3。将L3缓慢滴加到L2中，再向L2中缓慢滴加氨水调节pH值为7，搅拌得澄清溶液L4。
(2)制备凝胶：将(1)中所得澄清溶液L4至于80℃水浴中，电磁加热搅拌90分钟，得透明凝胶。
(3)凝胶干燥：将(2)中所得凝胶在80℃下干燥5天，得多孔干胶。
(4)干胶点燃：采用乙醇为助燃剂，将(3)中所得多孔干胶点燃，得黄绿色粉体，即为Bi12TiO20粉体。
实例4：
低温燃烧合成法(LCS)制备一种光催化材料Bi12TiO20的原料及其配比为：Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶CH4ON2∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶6∶1
其制备方法：
(1)配制溶液：将一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1。按比例取一定量C6H8O7·H2O，加入溶液L1中，搅拌得白色乳浊液，往其中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值为6，得澄清溶液L2。按比例取一定量Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，搅拌得澄清溶液L3。将溶液L3缓慢滴加到溶液L2中，再向溶液L2中缓慢滴加氨水调节pH值为5，按比例向溶液L2加入一定量CH4ON2，搅拌得澄清溶液L4。
(2)制备凝胶：将(1)中所得澄清溶液L4至于95℃水浴中，电磁加热搅拌60分钟，得透明凝胶。
(3)凝胶干燥：将(2)中所得凝胶在95℃下干燥2天，得多孔干胶。
(4)干胶点燃：采用乙醇为助燃剂，将(3)中所得多孔干胶点燃，得黄绿色粉体，即为Bi12TiO20粉体。
实例5：
低温燃烧合成法(LCS)制备一种光催化材料Bi12TiO20的原料及其配比为：Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶CH4ON2∶C6H8O7·H2O∶NH4NO3＝12∶1∶6∶1∶2
其制备方法：
(1)配制溶液：将一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1。按比例取一定量C6H8O7·H2O，加入溶液L1中，搅拌得白色乳浊液，往其中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值为6，得澄清溶液L2。按比例取一定量Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，搅拌得澄清溶液L3。将溶液L3缓慢滴加到溶液L2中，再向溶液L2中缓慢滴加氨水调节pH值为5，按比例向溶液L2加入一定量CH4ON2和NH4NO3，搅拌得澄清溶液L4。
(2)制备凝胶：将(1)中所得澄清溶液L4至于95℃水浴中，电磁加热搅拌60分钟，得透明凝胶。
(3)凝胶干燥：将(2)中所得凝胶在95℃下干燥2天，得多孔干胶。
(4)干胶点燃：采用乙醇为助燃剂，将(3)中所得多孔干胶点燃，得黄绿色粉体，即为Bi12TiO20粉体。
本发明提供了一种新的方法-低温燃烧合成法(LCS)制备光催化材料Bi12TiO20。从干燥速率、干胶燃烧情况(自燃烧的剧烈程度和完全程度等)以及产率和产物颗粒度等方面综合比较，实例5的原料配比和各参数的设置均是最优的。

Claims (1)

1.一种光催化材料Bi12TiO20的制备方法，其特征在于：所采用的原料为Bi(NO3)3·5H2O、(C4H9O)4Ti和C6H8O7·H2O，原料的摩尔比例为：Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶1，为缩短干燥时间，使干胶更加疏松多孔，在原料中加入CH4ON2或同时加入CH4ON2和NH4NO3；原料的摩尔比例分别为：
Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶CH4ON2∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶6∶1或
Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶CH4ON2∶C6H8O7·H2O∶NH4NO3＝12∶1∶6∶1∶2，方法选用冰醋酸作为溶剂，利用氨水调节pH值；
具体制备方法为：
步骤一、配制溶液：将(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1；按摩尔比例取C6H8O7·H2O，加入到溶液L1中，搅拌得白色乳浊液，向白色乳浊液中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值为6，得澄清溶液L2；按摩尔比例取Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，搅拌得澄清溶液L3；将溶液L3缓慢滴加到溶液L2中，再向溶液L2中缓慢滴加氨水，将pH值稳定在4-7之间，搅拌得澄清溶液L4；将溶液L2的pH值稳定在4-7之间后，向溶液L2中按摩尔比例加入CH4ON2或同时加入CH4ON2和NH4NO3；
步骤二、制备凝胶：将步骤一中所得澄清溶液L4置于80℃-95℃水浴中，通过搅拌60-90分钟，得透明凝胶；
步骤三、凝胶干燥：将步骤二中得到的凝胶在环境温度为80℃-95℃的条件下干燥2-5天，得疏松多孔干胶；
步骤四、干胶点燃：采用燃烧后无固体残留物且不与干胶发生化学反应的助燃剂，将步骤三中得到的多孔干胶点燃，最终得到黄绿色粉体，黄绿色粉体为Bi12TiO20粉体。 
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